KR20120092595A - 고강도 볼트 - Google Patents
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Abstract
인장강도가 1200MPa 이상인 고강도 볼트이면서 연성, 지연파괴 특성이 우수하고 기존에는 얻을 수 없었던 우수한 내충격성을 가지는 것을 제공한다.
인장강도가 1.2GPa 이상이고 나사부와 수하 원통부를 가지는 고강도 볼트로서, Ao를 나사부보다 직경이 큰 수하 원통부의 유효단면적, Ho를 상기 Ao 측정 부분의 경도, As를 나사부의 유효단면적, Hs를 나사부의 경도로 하여 K=(Ao×Ho)/(As×Hs)를 0.8 이상으로 하고, 또한 Ho＜Hs인 것으로 한다.
인장강도가 1.2GPa 이상이고 나사부와 수하 원통부를 가지는 고강도 볼트로서, Ao를 나사부보다 직경이 큰 수하 원통부의 유효단면적, Ho를 상기 Ao 측정 부분의 경도, As를 나사부의 유효단면적, Hs를 나사부의 경도로 하여 K=(Ao×Ho)/(As×Hs)를 0.8 이상으로 하고, 또한 Ho＜Hs인 것으로 한다.
Description
본 발명은 인장 강도가 1200MPa 이상인 고강도 볼트에 관한 것이다.
최근 구조물의 대형화나 자동차부품 등의 경량화와 함께 지금까지 이상으로 강도가 높고 강인한 고강도 금속재료가 요구되고 있다. 그 중에서 강판이나 형강의 고강도화뿐만 아니라, 동시에 그 강재들을 접합할 때 이용되는 볼트의 고강도화도 절실하게 요망되고 있다(예를 들어 특허문헌 1, 비특허문헌 1).
볼트의 소재에 요구되는 기계적 특성은 (1) 성형?가공이 용이할 것, (2) 지연파괴 내성이 우수할 것, (3) 환경 등의 영향으로 인한 재질 열화가 없을 것, (4) 내충격성이 우수할 것 등을 들 수 있다. 그러나 이러한 특성들은 강도 상승과 트레이드오프 관계에 있다.
인장 강도가 1200MPa를 넘는 강재에서는 특히 지연파괴가 심각한 문제로 고력 볼트 고강도화에 커다란 방해가 되고 있다. 지연파괴란 대기 부식에 의해 수소가 발생, 강재 중에 침입하여 강재가 취화되는 결과 일어나는 파괴로, 시간지연파괴의 약칭이다. 실온에서 강 내에서 확산집적되는 수소가 지연파괴의 원인이다. 이 지연파괴 때문에, 1990년대 후반에 인장 강도가 1400MPa인 초고력 볼트가 개발될 때까지 약 30년간 토목건축용 고력 볼트의 고강도화는 인장 강도 1100MPa까지에서 한계에 도달한 상태였다(예를 들어 비특허문헌 1).
일반적으로 볼트의 제조는 강재를 연질화 처리한 후에 볼트 헤드부를 냉간압조에 의해 헤더 성형, 나사부를 냉간전조에 의해 성형한 후 담금질 뜨임에 의한 조질 처리를 실시하여 제조된다. 특허문헌 2에서는 C, Si, Mn, Cr, Mo의 첨가량과 뜨임 조건을 규정함으로써 인장 강도가 1800MPa 이상이며 지연파괴가 우수한 고강도 기계구조용 강이 얻어진다고 개시되어 있다. 또 이 1800MPa급 고강도 기계구조용 강을 이용한 초고력 볼트의 제조법 및 기계적 특성이 보고되어 있다(특허문헌 2). 그런데 이러한 고강도 강재에서는 소재의 연질화가 어려워 냉간압조에 의한 헤드부 성형이 곤란한 점, JIS 규격 형상의 볼트 제품으로 한 경우에는 지연파괴가 아직도 완전하게는 극복되지 않은 점도 지적되고 있다(비특허문헌 2).
볼트 조질 처리는 공이 드는 공정이기 때문에 조질 처리 공정을 생략하는 제조 방법(비조질 볼트)도 실시되고 있다. 미세한 펄라이트 조직을 가지는 강재를 강하게 신선 가공하여 얻어지는 선재를 소재로 하여 냉간압조에 의해 볼트 형상으로 성형한 것에 대하여 왜곡 시효 처리를 실시함으로써 지연파괴 특성과 릴렉제이션이 개선되는 것이 개시되어 있다(특허문헌 3). 특허문헌 1에서는 볼트 성형 후에 탄성한계 이하의 인장 응력을 볼트에 부여한 후에 열처리하면 저온 인성이 개선되는 것도 개시되어 있다. 그러나 이것은 모두 볼트에 대한 성형이 냉간으로 행해지는 것이 전제이기 때문에 볼트 형상 및 사이즈가 제약된다. 게다가 고강도화에는 탄소량을 0.7wt% 이상으로 증가시켜야 하여 충격 인성의 대폭적인 개선을 기대할 수 없다. wt%는 질량%와 같은 의미이다.
비특허문헌 1: 고력 볼트 접합에서의 고강도화 기술의 최전선, 2008년도 일본건축학회대회(주고쿠) 구조부문(강 구조) 패널 디스커션 자료
비특허문헌 2: 강 구조 논문집 제14권 제54호(2007), pp. 121-127.
비특허문헌 3: Steels: Heat Treatment and Processing Principles, ASM International, (1990), p. 14.
비특허문헌 4: Science, 320, (2008), pp. 1057-1060.
본 발명은 이러한 사정에 주목하여 이루어진 것으로, 그 목적은 인장 강도가 1200MPa(1.2GPa) 이상인 고강도 볼트이면서 연성, 지연파괴 특성이 우수하고 게다가 기존에는 얻을 수 없었던 우수한 내충격성을 가지는 것을 제공하는 것이다.
발명 1의 고강도 볼트는 하기 (식 1)의 K를 0.8 이상으로 하고 Ho＜Hs인 것을 특징으로 한다.
(식 1)
(Ao×Ho)/(As×Hs)=K
Ao: 나사부보다 직경이 큰 수하 원통부의 유효단면적
Ho: 상기 Ao 측정 부분의 경도
As: 나사부의 유효단면적
Hs: 나사부의 경도
발명 2는 발명 1의 고강도 볼트에 있어서 C를 0.7wt% 미만, 함유한다고 하면 Si가 3wt% 이하, Mn이 3wt% 이하, Cr이 3wt% 이하, Al이 0.5wt% 이하, O가 0.3wt% 이하, N이 0.3wt% 이하, Mo가 5.0wt% 이하, Ni가 10wt% 이하, Cu가 2.0wt% 이하, Nb가 1.0wt% 이하이고, 잔부는 실질적으로 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
발명 3은 발명 1 또는 2의 고강도 볼트에 있어서 입자분산형 섬유상 조직을 가지는 것을 특징으로 한다.
기존의 볼트 제조기를 이용한 온간 성형 프로세스를 통해 인장 강도가 1200MPa 이상인 고강도 수준이면서 연성, 지연파괴 특성, 특히 내충격성이 우수한 성능을 발휘시킬 수 있으며 오랜 세월의 꿈인 고강도 볼트의 실용화를 실현할 수 있었다.
이는 Ho를 Hs보다 작게 하고 상기 (식 1)의 K를 상기 범위로 함으로써, 압조가 곤란했던 고강도 볼트의 헤드부를 기존의 볼트 제조기를 이용한 온간 성형 프로세스를 통해 나사부보다 고온으로 압조할 수 있게 되었다. 또한 나사부에 대해 볼트 수하 원통부 및 헤드부의 경도를 경사적으로 낮게 함으로써 경도의 상승과는 트레이드오프의 관계에 있는 연성, 내충격성, 지연파괴 특성을 수하 원통부 및 헤드부에서 높일 수 있었던 것에 따른 것이다.
도 1은 볼트에서의 경도 및 특성의 분포를 나타내는 모식도.
도 2는 표 3에 나타낸 S No. 4의 실시예 볼트의 인장시험 후 파단 사진과 파단부 근방의 확대 사진이다.
도 3은 표 3에 나타낸 S No. 5의 실시예 볼트의 인장시험 후 파단 사진과 파단부 근방의 확대 사진이다.
도 4는 표 3에 나타낸 S No. 6의 비교예 볼트의 인장시험 후 파단 사진과 파단부 근방의 확대 사진이다.
도 2는 표 3에 나타낸 S No. 4의 실시예 볼트의 인장시험 후 파단 사진과 파단부 근방의 확대 사진이다.
도 3은 표 3에 나타낸 S No. 5의 실시예 볼트의 인장시험 후 파단 사진과 파단부 근방의 확대 사진이다.
도 4는 표 3에 나타낸 S No. 6의 비교예 볼트의 인장시험 후 파단 사진과 파단부 근방의 확대 사진이다.
상기한 바와 같이 강재의 경도(강도)와 지연파괴 특성, 인성, 연성, 성형성 등의 특성은 트레이드오프의 관계에 있다. 즉 본 발명은 경도(강도)가 낮아질수록 지연파괴 특성, 인성, 연성, 성형성은 향상한다는 지견을 기초로 도 1에 나타내는 바와 같이 그 경도를 조정하여 헤드부에서는 파괴 특성, 인성, 연성, 성형성을 높일 수 있던 것이다.
상기 (식 1)은 나사부보다 수하 원통부가 연질인 조직으로 되어 있는 것을 의미하고 있으며, 그 K가 0.8 이상, 바람직하게는 0.9 이상, 보다 바람직하게는 1로 하는 것이 바람직하다. K가 이 값 미만이면 볼트가 나사부가 아니라 수하 원통부에서 파단되어 버린다.
또 K가 너무 커지면 볼트의 수하 원통부의 지름이 너무 커져서 볼트로서의 기능을 충분히 발휘할 수 없게 되므로 그 상한은 명확하다. 볼트의 범용성을 고려하면 JIS 규격에 준한 볼트 형상이 바람직하고, 그 경우의 K값은 1.3 이하로 하는 것이 바람직하다.
이러한 조직은 이하의 순서로 담금질재 또는 조질재를 가공하여 얻을 수 있다.
먼저 볼트의 헤드부가 되는 소재의 단부를 350℃ 이상 Ac1점(오스테나이트상의 석출 개시 온도)＋20℃ 이하의 온도역으로 가열하여 헤드부 형상으로 압조한다. 이어서 헤드부의 가열 온도보다 낮은 온도에서 나사부를 전조한다. 나사 전조온도는 강재의 성형성에 따라서도 다르지만 실온으로 해도 문제는 없다.
또한 Ac1점은 예를 들어 표 1에 나타내는 조성으로 하면, 종래 주지의 경험식(비특허문헌 3)에 기초하여 A재 795℃, B재 740℃가 된다. 그러나 고주파 가열 장치를 이용하여 소재를 급속히 가열한 경우 등에서는 Ac1점은 상기한 산정 Ac1점보다 고온측으로 벗어나는 경향이 있다는 것이 종래부터 알려져 있으며, 이것을 고려한 경우에는 상기와 같이 하는 것이 실태에 입각한 온도이다.
또한 본 발명은 표 1에 나타내는 조성의 것에 한정되지 않으므로 본 취지에 적합한 조성의 것이라면 상기 온도에 한정되는 것이 아님은 분명하고, 또 종래 주지의 Ac1 실험식보다 용이하게 일 수 있는 것이기도 하다.
이러한 가공에 의해 본 발명의 고강도 볼트로 할 수 있는 강재의 조성으로는 이하와 같은 것이 바람직하다.
C량을 0.7wt% 미만으로 하는 경우에는 Si를 3wt% 이하, Mn을 3wt% 이하, Cr을 3wt% 이하, Al을 0.5wt% 이하, O를 0.3wt% 이하, N을 0.3wt% 이하, Mo를 5.0wt% 이하, Ni를 10wt% 이하, Cu를 2.0wt% 이하, Nb를 1.0wt% 이하 함유하는 것이 바람직하다.
C: C는 탄화물 입자를 형성하고 강도 증가에 가장 효과적인 성분이지만, 0.70wt%를 넘으면 인성 열화를 초래하는 점에서 함유량을 0.70wt% 미만으로 하였다. 강도 증가를 충분히 기대하기 위해서는 바람직하게는 0.08wt% 이상, 보다 바람직하게는 0.15wt% 이상 함유시킨다.
Si: Si는 탈산 및 페라이트 중에 고용되어 강의 강도를 높이는 동시에 세멘타이트를 미세하게 분산시키는데 효과적인 원소이다. 따라서 탈산재로서 첨가한 것으로 강 내에 남는 것도 포함하여 함유량을 0.05wt% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 고강도화를 도모함에 있어 상한은 특별히 제한되지 않지만, 강재의 가공성을 고려하면 2.5wt% 이하로 하는 것이 바람직하다.
Mn: Mn은 오스테나이트화 온도를 저하시키고 오스테나이트의 미세화에 효과적임과 동시에 담금질성 및 세멘타이트 중에 고용되어 세멘타이트의 조대화를 억제하는데 효과적인 원소이다. 0.05wt% 미만에서는 원하는 효과를 얻기 어렵기 때문에 0.05wt% 이상으로 정하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.2wt% 이상을 함유시킨다. 고강도화를 도모함에 있어 상한은 특별히 제한되지 않지만, 얻어지는 강재의 인성을 고려하면 3.0wt% 이하로 하는 것이 바람직하다.
Cr: Cr은 담금질성 향상에 효과적인 원소임과 동시에 세멘타이트 중에 고용되어 세멘타이트의 성장을 지체시키는 작용이 강한 원소이다. 또한 비교적 다량으로 첨가함으로써 세멘타이트보다 열적으로 안정된 고Cr 탄화물을 형성하거나 내식성을 향상시키는, 본 발명에서는 중요한 원소 중 하나이기도 하다. 따라서 적어도 0.01wt% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 바람직하게는 0.1wt% 이상이며, 보다 바람직하게는 0.8wt% 이상을 함유시킨다. 단 상한은 3wt% 이하이다.
Al: Al은 탈산 및 Ni 등의 원소와 금속간 화합물을 형성하여 강의 강도를 높이는데 효과적인 원소이다. 단 과잉 첨가는 인성을 저하시키기 때문에 0.5wt% 이하로 했다. 또한 Al과 다른 원소의 금속간 화합물이나 Al의 질화물이나 산화물 등을 제2상 분산입자로서 이용하지 않는 경우에는 0.02wt% 이하, 더 한정적으로는 0.01wt% 이하로 하는 것이 바람직하다.
O: O(산소)는 산화물로서 미세하고 균일하게 분산시킬 수 있다면 개재물이 아니라 입자성장 억제나 분산 강화 입자로서 유효하게 작용한다. 단, 과잉 함유시키면 인성을 저하시키므로 0.3wt% 이하로 했다. 산화물을 제2상 분산 입자로서 이용하지 않는 경우에는 0.01wt% 이하로 하는 것이 바람직하다.
N: N(질소)는 질화물로서 미세하고 균일하게 분산시킬 수 있다면 입자성장 억제 입자나 분산 강화 입자로서 유효하게 작용한다. 단, 과잉 함유시키면 인성을 저하시키므로 0.3wt% 이하로 했다. 질화물을 제2상 분산 입자로서 이용하지 않는 경우에는 0.01wt% 이하로 하는 것이 바람직하다.
Mo: Mo는 본 발명에 있어서 강의 고강도화에 효과적인 원소이며, 강의 담금질성 향상을 향상시킬 뿐만 아니라 세멘타이트 중에도 소량 고용되어 세멘타이트를 열적으로 안정화시킨다. 특히 세멘타이트와는 완전히 별개로 기지상 내에 새롭게 전위상으로 합금 탄화물을 핵 생성(separate nucleation)함으로써 2차 경화를 일으켜 강을 강화한다. 게다가 형성된 합금 탄화물은 미세립화에 효과적임과 동시에 수소의 치환에도 효과적이다. 따라서 바람직하게는 0.1wt% 이상, 보다 바람직하게는 0.5wt% 이상을 함유시키지만, 고가의 원소임과 동시에 과잉 첨가는 조대 미고용 탄화물 또는 금속간 화합물을 형성하여 인성을 열화시키기 때문에 첨가량의 상한을 5wt%로 정했다. 경제성의 관점에서는 2wt% 이하로 하는 것이 바람직하다.
W, V, Ti, Nb 및 Ta에 대해서도 Mo와 동일한 효과를 나타내며, 각각 상기 상한의 첨가량을 정했다. 그리고 이들 원소의 복합 첨가는 분산 강화 입자를 미세하게 분산시키는데 있어서 효과적이다.
Ni: Ni는 담금질성의 향상에 효과적인 동시에 오스테나이트화 온도를 저하시키고 오스테나이트의 미세화나 인성의 향상, 내식성의 향상에 효과적인 원소이다. 또한 적당량을 함유시키면 Ti나 Al과 금속간 화합물을 형성하여 강을 석출 강화시키는데도 효과적인 원소이다. 0.01wt% 미만에서는 원하는 효과를 얻을 수 없기 때문에 0.01wt% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.2wt% 이상을 함유시킨다. 상한에 대해서는 특별히 제한은 없지만, 고가의 원소이기 때문에 9wt% 이하로 하는 것이 바람직하다.
Cu: Cu는 열간 취성을 일으키는 유해한 원소인 반면, 적당량을 첨가하면 500℃?600℃에서 미세한 Cu 입자의 석출을 가져와 강을 강화한다. 다량으로 첨가하면 열간 취성을 일으키므로 페라이트에 대한 거의 최대 고용량인 2wt% 이하로 했다.
또한 미세한 금속간 화합물의 석출에 의한 고강도화를 의도하는 경우에는 Co: 15wt% 이하를 함유하는 것도 효과적이다.
P(인) 및 S(황)에 대해서는 특별히 규정되지 않지만, P나 S는 입계 강도를 저하시키기 때문에 가능한 한 제외하려고 하는 원소이며, 각각 0.03wt% 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한 상기 이외의 원소에 대해서도 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서 각종 원소가 함유되는 것이 허용된다.
입자분산형 섬유상 결정립 조직을 가지는 강재를 제조하면 기존 강과 비교하여 인장 강도가 1500MPa 이상에서도 연성, 지연파괴 특성, 특히 내충격성이 현저하게 개선되는 것이 보고되어 있다(특허문헌 4, 비특허문헌 4 참조).
본 발명에 있어서도 이하와 같이 함으로써 이러한 입자분산형 섬유상 결정립 조직을 가지는 볼트를 제조하는 것이 가능하다.
볼트 성형전에 조질처리를 하고 이것을 350℃ 이상, 강의 Ac1점의 20℃ 이하의 온도 범위에서 감면율 30% 이상의 온간 가공에 의해 길이 방향으로 섬유화시킨다. 그 후 헤드부를 압조가능한 온간역에서 성형한다. 나사부는 섬유상 조직이 소실되지 않도록 헤드부보다 낮은 온도역에서 나사 전조에 의해 성형한다. 이것에 의해 나사부의 연성, 지연파괴성, 인성을 큰 폭으로 높일 수 있었다. 그 결과 고강도면서 또한 깨지기 어려운 고강도 볼트를 실현할 수 있었다.
여기서 온간역으로서 350℃ 이상 Ac1점＋20℃ 이하의 온도 범위로 한다. 단, 헤드부 헤더 가공에서는 고속으로 소성변형이 가해지기 때문에 가공전 온도가 상기한 온도 범위라 해도 발열에 의해 상기 온도 범위를 넘는 경우가 있다. 그러나 그것은 순간적인 것이기 때문에 금속조직을 조대하게 만드는 일은 없다.
볼트 성형전 소재의 입자분산형 섬유상 조직을 확실하게 얻기 위해서는 제조조건뿐만 아니라 강의 화학 조성에도 주의를 기울여야 할 필요가 있다.
본 발명에서는 여러 가지 성분을 가진 강을 이용하여 압연과 볼트 제조조건에 따른 효과의 차이를 관찰한 결과, 특히 양호한 인성을 얻기 위해서는 C량을 0.7wt% 미만, 바람직하게는 0.6wt% 이하, 보다 바람직하게는 0.5wt% 이하로 하는 것이 바람직하다. 또 담금질성이나 뜨임 연화 저항을 높여 고강도화를 도모하기 위해서는 Si를 3wt% 이하, Mn을 3wt% 이하, Cr을 3wt% 이하, Al을 0.5wt% 이하, O를 0.3wt% 이하, N을 0.3wt% 이하, Mo를 5.0wt% 이하, Ni를 10wt% 이하, Cu를 2.0wt% 이하, Nb를 1.0wt% 이하 함유하는 것이 바람직하다.
이하 본 발명을 실시예에 기초하여 더욱 상세하게 서술하는데, 본 발명은 이 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
표 1에 볼트 소재로 이용한 강 성분을 나타낸다. A재는 특허문헌 2에 관련된 지연파괴 특성이 우수한 강재 성분을 가진다. B재는 JIS-SCM440 강에 상당한다. 조질처리재에 대해서는 단면적이 약 2㎠인 봉재를 준비했다. A재, B재는 각각 950℃, 920℃부터 담금질 처리한 후, 500℃, 400℃에서 1시간의 뜨임 처리를 했다. 한편 입자분산형 섬유상 조직재에 대해서는 먼저 단면적이 9㎠인 각재를 준비하고 A재, B재를 각각 950℃, 920℃부터 담금질 처리를 하여 거의 100체적%에 가까운 마르텐사이트 단일 조직을 얻었다. 또한 담금질 조직에서의 구오스테나이트 입경은 약 50㎛였다. 이어서 A재, B재는 500℃, 400℃에서 각각 1시간 뜨임 처리를 한 후, 홈 롤 압연기를 이용하여 단면적 2㎠까지 감소시켜 봉재로 하였다. 표 2에 A재 및 B재의 입자분산형 섬유상 조직재(각각 AF 및 BF), A재 및 B재의 조질재(AQ 및 BQ)의 기계적 특성을 나타낸다. 특히 소재의 금속조직을 입자분산형 섬유상 조직으로 함으로써 인장 강도가 1500MPa 이상에서도 V 노치 샤르피 충격흡수 에너지(JIS Z 2242)가 100J 이상의 충분히 높은 값을 나타낸다.
| 강종 | A | B |
| C | 0.39 | 0.4 |
| Si | 2.01 | 0.2 |
| Mn | 0.21 | 0.7 |
| P | <0.001 | 0.01 |
| S | <0.001 | 0.002 |
| Ni | - | 0.23 |
| Cr | 1.02 | 1 |
| Mo | 1 | 0.17 |
| Al | 0.004 | 0.012 |
| Ca | - | 0.04 |
| O | 0.001 | - |
| N | 0.0022 | - |
| Fe | 잔부 | 잔부 |
| 실시예 번호 |
강종 | 내력 (GPa) |
인장강도 TS(GPa) |
전체신장 (%) |
드로잉 (%) |
내충격성 vE20(J) |
| 1 | AF | 1.86 | 1.87 | 14.3 | 43 | 277 |
| 2 | AQ | 1.51 | 1.82 | 9.2 | 28 | 14 |
| 3 | BF | 1.52 | 1.53 | 10.9 | 46 | 105 |
| 4 | BQ | 1.44 | 1.61 | 8.6 | 43 | 13 |
볼트를 제작할 때에는 먼저, 얻어진 봉재를 표 3에 나타내는 온도로 강재의 단부를 가열하고 헤드부를 성형했다. 이어서 소재의 특성을 손상시키지 않도록 상기 뜨임 온도로 볼트를 각각 가열하고 나사부를 전조에 의해 제작하여 JIS-M12의 나사 규격의 볼트로 했다. 얻어진 볼트 특성을 표 3에 나타낸다. 볼트의 경도는 볼트를 장축을 따라 절단한 후 절단면을 버프 연마에 의해 경면 마감한 시료 단면에 대해, JIS Z 2244에 규정되어 있는 시험 방법에 준하여 비커스 경도 시험기를 이용해서 하중 1kg, 유지 시간 15s로 측정했다. 볼트 제품의 인장 특성은 JIS B 1186에 준하여 쐐기(쐐기 각도 4°)를 이용한 인장시험에 의해 평가했다.
표 3의 S No. 1, 4, 5, 7, 9 내지 13, 16은 본 발명의 실시예이며, 그 외의 것은 비교예이다.
파단 부위로서 "나사부"라고 기재되어 있는 샘플은 나사부에서 파단된 샘플이며, 파단 부위로서 "원통부"라고 기재되어 있는 샘플은 수하 원통부에서 파단된 샘플을 나타낸다.
| S No. |
강재 |
볼트의 특성 | 식 1(분자&분모: 102) |
헤드부 제조 |
||||||||
| Ho | Hs | Ao | As | 분자 |
분모 |
K |
① GPa |
파단 부위 |
② 10℃ |
③ | ||
| 1 | AF | 340 | 550 | 140 | 84.3 | 476 | 464 | 1.03 | 1.82 | 나사부 | 71 | ○ |
| 2 | AF | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 55 | × |
| 3 | AF | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 60 | × |
| 4 | AF | 390 | 560 | 109.3 | 84.3 | 426 | 472 | 0.90 | 1.85 | 나사부 | 70 | ○ |
| 5 | AF | 380 | 560 | 109.3 | 84.3 | 415 | 472 | 0.88 | 1.87 | 나사부 | 75 | ○ |
| 6 | AF | 330 | 560 | 109.3 | 84.3 | 361 | 472 | 0.76 | 1.69 | 수하부 | 80 | ○ |
| 7 | AF | 380 | 560 | 109.3 | 84.3 | 415 | 472 | 0.88 | 1.89 | 나사부 | 75 | ○ |
| 8 | AQ | 330 | 560 | 109.3 | 84.3 | 361 | 472 | 0.76 | 1.64 | 수하부 | 75 | ○ |
| 9 | AF | 390 | 550 | 140 | 84.3 | 546 | 464 | 1.18 | 1.79 | 나사부 | 70 | ○ |
| 10 | AF | 400 | 550 | 140 | 84.3 | 560 | 464 | 1.21 | 1.85 | 나사부 | 64 | ○ |
| 11 | AQ | 390 | 540 | 140 | 84.3 | 546 | 455 | 1.20 | 1.84 | 나사부 | 69 | ○ |
| 12 | AQ | 340 | 540 | 140 | 84.3 | 476 | 455 | 1.05 | 1.76 | 나사부 | 71 | ○ |
| 13 | AQ | 350 | 540 | 140 | 84.3 | 490 | 455 | 1.08 | 1.77 | 나사부 | 67 | ○ |
| 14 | BQ | 280 | 472 | 109.3 | 84.3 | 306 | 398 | 0.77 | 1.34 | 수하부 | 75 | ○ |
| 15 | BQ | 280 | 472 | 109.3 | 84.3 | 306 | 398 | 0.77 | 1.35 | 수하부 | 70 | ○ |
| 16 | BF | 290 | 422 | 109.3 | 84.3 | 317 | 356 | 0.89 | 1.48 | 나사부 | 70 | ○ |
| Ho: 수하 원통부의 최소경도(Hv) Ao: 수하 원통부 유효단면적(㎟) Hs: 나사부의 경도(Hv) ①: 볼트 인장강도 As: 나사부의 유효단면적(㎟) ②: 헤드부 가열온도(나사부는 가열 안 함) AF, BF: 입자분산형 섬유상 조직재 ③: 헤드부 온간압조 여부 AQ, BQ: 조질재 |
||||||||||||
상기 온간 가공 프로세스에 의해 냉간단조성에 문제가 있었던 A재에서도 JIS 규격의 육각 헤드부 형상의 볼트를 제작할 수 있었다. 얻어진 볼트의 나사부는 Hv 420 이상의 높은 경도를 가지는데 반해, 수하 원통부는 Hv 280?400의 지연파괴되기 어려운 경도(인장 강도 880?1250MPa에 상당)로 되어 있다. K값이 0.8 이상이면 JIS 볼트는 나사부에서 파단되는데 반해 0.8 미만에서는 수하 원통부에서 파단되었다. 수하 원통부 파단에서는 나사부 파단보다 인장 강도가 낮아져 볼트의 강도 특성을 만족하지 않는다. 즉, K값이 0.8 이상이 되도록 소재를 온간 성형함으로써 목적으로 하는 볼트를 얻을 수 있었다.
인장 강도가 1200MPa 이상인 고강도 볼트이면서 연성, 지연파괴 특성이 우수하고 기존에는 얻을 수 없었던 우수한 내충격성을 가지는 것을 제공할 수 있었다.
Claims (3)
- 인장강도가 1.2GPa 이상이고 나사부와 수하 원통부를 가지는 고강도 볼트로서, 하기 (식 1)의 K를 0.8 이상으로 하고 Ho＜Hs인 것을 특징으로 하는 고강도 볼트.
(식 1)
(Ao×Ho)/(As×Hs)=K
Ao: 나사부보다 직경이 큰 수하 원통부의 유효단면적
Ho: 상기 Ao 측정 부분의 경도
As: 나사부의 유효단면적
Hs: 나사부의 경도 - 제1항에 있어서, C가 0.7wt% 미만, Si가 3wt% 이하, Mn이 3wt% 이하, Cr이 3wt% 이하, Al이 0.5wt% 이하, O가 0.3wt% 이하, N이 0.3wt% 이하, Mo가 5.0wt% 이하, Ni가 10wt% 이하, Cu가 2.0wt% 이하, Nb가 1.0wt% 이하 함유되고, 잔부는 실질적으로 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고강도 볼트.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 입자분산형 섬유상 조직을 가지는 것을 특징으로 하는 고강도 볼트.
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